Kunstmatige eiwittechnologie belooft organen langer te bewaren

Orgaantransplantatie is een race tegen de klok; zodra een hart of long uit een donor is verwijderd, begint het aftellen onmiddellijk. De huidige conserveringsmethoden bieden een tijdsbestek van vier tot zestien uur, waarin organen vaak niet snel genoeg bij een ontvanger terechtkomen. Een ontdekking van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) belooft daar verandering in te brengen.

Professor Ilja Voets heeft veelbelovende vooruitgang gemeld in haar werk aan antivriesproteïnen (AFP's). Door gebruik te maken van AI en bacteriële productie hebben onderzoekers een nieuwe klasse kunstmatige AFP's ontwikkeld die ijsschade bij temperaturen onder nul voorkomen.

Voets heeft een Proof of Concept-subsidie van € 150.000 ontvangen van de Europese Onderzoeksraad (ERC) om de technologie te commercialiseren. Ze doet al jaren onderzoek naar hoe ijs cellen, weefsels en organen beïnvloedt en hoe dergelijke schade kan worden voorkomen.

Wat zijn antivriesproteïnen?

Zoals zo vaak heeft de natuur dit probleem al miljoenen jaren geleden opgelost. Arctische vissen produceren bijvoorbeeld speciale AFP's die zich binden aan ijskristallen in hun bloed, waardoor de groei wordt gestopt die anders de celstructuren zou vernietigen. Natuurlijke extractie is echter inefficiënt en deze biologische proteïnen zijn vaak onstabiel buiten hun natuurlijke omgeving.

Geen lage temperaturen nodig om organen te bewaren

Voets en haar collega's van de TU/e, Wageningen University & Research (WUR) en Washington University hebben deze beperkingen omzeild door een synthetisch alternatief te ontwikkelen. Hun eiwitklasse bootst het ijsbindende vermogen van hun natuurlijke tegenhangers na, maar is stabieler en veelzijdiger.

In tegenstelling tot natuurlijke eiwitten, die snel afbreken wanneer ze uit de vis worden verwijderd, zijn deze kunstmatige varianten robuust over een groter temperatuurbereik. “Stel dat je dergelijke eiwitten aan menselijke donororganen zou willen toevoegen om ze in te vriezen voor opslag. Het feit dat ze niet op lage temperaturen hoeven te worden bewaard om functioneel te blijven, maakt de hantering een stuk eenvoudiger, omdat je geen speciale koelapparatuur of expertise nodig hebt,” legde Voets uit.

Eiwitten producerende bacteriën

Het productieproces betekent een belangrijke verschuiving in de biomanufacturing. In plaats van eiwitten uit dieren te halen, gebruikt het team bacteriën als microbiële fabrieken om ze te produceren. Deze methode zorgt ervoor dat het product niet alleen effectief is, maar ook schaalbaar.

“In het chemisch-biologisch laboratorium van de TU/e zetten we bacteriën aan het werk om ijsbindende eiwitten voor ons te produceren. We isoleren ze dus niet uit ijsvissen voor ons onderzoek. Dat is niet alleen goed voor de ijsvissen, maar ook nuttig voor ons, omdat we zo heel nauwkeurig met de eiwitstructuur kunnen spelen om te onderzoeken welke delen essentieel zijn voor de werking van de eiwitten.”

De ontwikkelingen die de doorbraak mogelijk maakten

Voets benadrukte ook dat deze doorbraak mogelijk werd gemaakt door het samenkomen van verschillende ontwikkelingen. Computermodellen voor eiwitontwerp worden steeds beter. Bovendien kreeg het team toegang tot enkele van de krachtigste microscopen van de TU/e Advanced Microscopy Facility (AMF) om ijseiwitten in detail te kunnen volgen. Interdisciplinaire samenwerkingen met het Universitair Medisch Centrum Utrecht en het Universitair Medisch Centrum Groningen deden de rest.

Voets en TU/e-postdoc Tim Hogervorst zetten nu de volgende stap en gaan onderzoeken hoe ze de ontdekking kunnen vertalen naar een praktisch product. Het hoogwaardig conserveren van weefsels en organen zou eindelijk werkelijkheid kunnen worden.